核酸的生物合成第一部分DNA的生物合成遺傳的中心法則

1958年Crick提出以DNA為中心的遺傳信息的傳遞規律，即DNA貯存的遺傳信息通過復制傳給子代DNA，通過轉錄傳給RNA，再通過翻譯傳給蛋白質。遺傳信息傳遞方向的這個規律被稱為～。DNARNA蛋白質復制復制轉錄翻譯反轉錄1970年Temin和Baltimore發現RNA病毒的RNA可通過反轉錄（逆轉錄）將遺傳信息傳給cDNA，也可通過RNA復制或RNA轉錄傳給子代RNA，這是對中心法則的補充。1997年瘋牛病和朊病毒的出現，預示蛋白質也可逆向將遺傳信息向DNA傳遞。？20世紀50年代由Crick提出的生物遺傳信息傳遞規律的一種假說。這個假說認為生命中遺傳信息的傳遞是以DNA為中心的，分為3個過程：

第一步是復制：親本DNA拷貝自己，形成有著與親本DNA相同核苷酸順序的子代DNA分子；

第二步是轉錄：各部分編碼在DNA中的信息被精確的拷貝成

RNA；

第三步是翻譯：把編碼在mRNA上的遺傳信息翻譯成有特殊氨基酸順序的蛋白質。中心法則補充：逆轉錄（反轉錄）：①RNA病毒的RNA可通過反轉錄將遺傳信息給cDNA；②也可以RNA復制或轉錄傳給自代RNA。DNA是由四種脫氧核糖核酸所組成的長鏈大分子，是遺傳信息的攜帶者。生物體的遺傳信息就貯存在DNA的四種脫氧核糖核酸的排列順序中。復制(replication)是指遺傳物質的傳代，以親代（母鏈）DNA為模板合成子鏈DNA的過程。復制親代DNA子代DNA一、DNA復制的基本規律（一般原理）復制的方式——半保留復制(semi-conservativereplication)復制的方向半不連續復制(semi-discontinuousreplication)復制的高保真性(highfidelity)（一）DNA復制是半保留復制

(semi-conservativereplication)DNA生物合成時，母鏈DNA解開為兩股單鏈，各自作為模板(template)按堿基配對規律，合成與模板互補的子鏈。子代細胞的DNA，一股單鏈從親代完整地接受過來，另一股單鏈則完全從新合成。兩個子細胞的DNA都和親代DNA堿基序列一致。這種復制方式稱為半保留復制。半保留復制的概念AGGTACTGCCACTGGTCCATGACGGTGACCCCACTGGGGTGACCAGGTACTGTCCATGACTCCATGACAGGTACTGAGGTACTGCCACTGGTCCATGACGGTGACCAGGTACTGCCACTGGTCCATGACGGTGACC+母鏈DNA

復制過程中形成的復制叉子代DNA

子鏈繼承母鏈遺傳信息的幾種可能方式

全保留式半保留式混合式（散布式）DNA以半保留方式進行復制，是在1958年由M.Meselson

和F.Stahl所完成的密度飄移實驗所證明。該實驗首先將大腸桿菌在含15N的培養基中培養約十五代，使其DNA中的堿基氮均轉變為15N。將大腸桿菌移至只含14N的培養基中同步培養一代、二代、三代。分別提取DNA，作密度梯度離心，可得到下列結果：

密度梯度實驗

——實驗結果支持半保留復制的設想。含重氮-DNA的細菌培養于普通培養液

第一代繼續培養于普通培養液

第二代梯度離心結果按半保留復制方式，子代DNA與親代DNA的堿基序列一致，即子代保留了親代的全部遺傳信息，體現了遺傳的保守性。半保留復制的意義遺傳的保守性，是物種穩定性的分子基礎，但不是絕對的。原核生物復制時，DNA從原點

(復制的起始點，origin)向兩個方向解鏈，形成兩個延伸方向相反的復制叉，稱為雙向復制。（二）DNA復制是固定起點的雙向復制復制中的放射自顯影圖象JohnCairns的實驗證實了

大腸桿菌的DNA是環狀的；復制叉的存在，雙向復制，呈現典型的“”。復制叉：DNA復制是邊解鏈邊復制，復制中的DNA在復制點呈分叉狀，這個分叉點就叫復制叉。A.環狀雙鏈DNA及復制起始點B.復制中的兩個復制叉C.復制接近終止點(termination,ter)oriterABC真核生物每個染色體有多個復制原點，是多復制子的復制。習慣上把兩個相鄰復制原點之間的距離定為一個復制子(replicon)。復制子是能夠獨立完成復制的功能單位。5’3’oriorioriori5’3’5’5’3’3’5’5’3’復制子3’（三）DNA復制是半不連續復制3

5

3

5

解鏈方向3′5′3′3′5′領頭鏈(leadingstrand)隨從鏈(laggingstrand)順著解鏈方向生成的子鏈，復制是連續進行的，這股鏈稱為先導鏈或領頭鏈。另一股鏈因為復制的方向與解鏈方向相反，不能順著解鏈方向連續延長，這股不連續復制的鏈稱為隨后鏈或隨從鏈。復制中的不連續片段（約1000個核苷酸）稱為岡崎片段(okazakifragment，1968)。

先導鏈連續復制而隨后鏈不連續復制，稱為半不連續復制或復制的半不連續性。

由于親代DNA雙鏈在復制時是逐步解開的，因此，隨從鏈的合成也是一段一段的。DNA在復制時，由隨從鏈所形成的一些子代DNA短鏈稱為岡崎片段(Okazakifragment)。岡崎片段的大小，在原核生物中約為1000～2000個核苷酸，而在真核生物中約為100個核苷酸。

（四）需要引物參與DNA復制的DNA聚合酶，必須以一段具有3’端自由羥基（3’-OH）的RNA作為引物(primer)

，才能開始聚合子代DNA鏈。RNA引物的大小，在原核生物中通常為50～100個核苷酸，而在真核生物中約為10個核苷酸。RNA引物的堿基順序，與其模板DNA的堿基順序相配對。

二、DNA復制的酶學（DNA復制相關的酶和蛋白質）參與DNA復制的物質底物(substrate):

dATP,dGTP,dCTP,dTTP聚合酶(polymerase):

依賴DNA的DNA聚合酶，簡寫為DDDP或DNA-pol模板(template):

解開成單鏈的DNA母鏈引物(primer):

提供3

-OH末端使dNTP可以依次聚合

其他的酶和蛋白質因子（一）復制的化學反應

(dNMP)n

+

dNTP→(dNMP)n+1

+

PPi

目錄聚合反應的特點DNA新鏈生成需引物和模板

DNA復制是模板依賴性的，必須要以親代DNA鏈作為模板。親代DNA的兩股鏈解開后，可分別作為模板進行復制。

新鏈的延長只可沿5→3

方向進行（模板方向為3

→5

，合成方向為5→3

。）（二）DNA聚合酶全稱：DNA依賴的DNA聚合酶(DNA-dependentDNApolymerase)簡稱：DNA-pol活性：1.5

3

的聚合活性2.核酸外切酶活性

復制（DDDP）

轉錄（DDRP）

翻譯

DNAmRNA蛋白質

反轉錄（RDDP）

RNA

復制（RDRP）

5′

AGCTTCAGGATA

3′

|||||||||||3′TCGAAGTCCTAGCGAC5′

3

5

外切酶活性

5

3

外切酶活性?能切除突變的DNA片段和RNA引物。能辨認錯配的堿基對，并將其水解。

核酸外切酶活性目錄1、原核生物的DNA聚合酶DNA-polⅠDNA-polⅡDNA-pol

Ⅲ催化DNA聚合參與DNA損傷的應急狀態修復修復合成、切除引物、填補空隙功能50000015003-200連續性250-10004016-20多聚化速度（核苷酸/秒）+-+5

外切酶活性+++

5

外切酶活性+++5

聚合酶活性polIIIpolIIpolIE.Coli中的DNA聚合酶功能：對復制中的錯誤進行校讀，對復制和修復中出現的空隙進行填補。DNA-polⅠ（109kD）323個氨基酸小片段5

核酸外切酶活性大片段/Klenow

片段

604個氨基酸DNA聚合酶活性

5

核酸外切酶活性N端C端木瓜蛋白酶DNA-polⅠKlenow片段是實驗室合成DNA，進行分子生物學研究中常用的工具酶。

DNA-pol

Ⅱ（120kD）

DNA-polII基因發生突變，細菌依然能存活。它參與DNA損傷的應急狀態修復。

功能：是原核生物復制延長中真正起催化作用的酶。

DNA-polⅢ：由十種亞基組成，其中α亞基具有5'→3'聚合DNA的酶活性，因而具有復制DNA的功能；而ε亞基具有3'→5'外切酶的活性，因而與DNA復制的校正功能有關。

(250kD)2、真核生物的DNA聚合酶在真核生物中，目前發現的DNA聚合酶有五種，分別命名為DNA聚合酶α（polα），DNA聚合酶β（polβ），DNA聚合酶γ（polγ），DNA聚合酶δ（polδ），DNA聚合酶ε（polε）。其中，參與染色體DNA復制的是polα（延長隨從鏈）和polδ（延長領頭鏈），參與線粒體DNA復制的是polγ，polε與DNA損傷修復、校讀和填補缺口有關，polβ只在其他聚合酶無活性時才發揮作用。

（三）復制保真性的酶學依據復制按照堿基配對規律進行，是遺傳信息能準確傳代的基本原理。復制保真性的酶學機制：DNA-pol的核酸外切酶活性和及時校讀

復制的保真性和堿基選擇1、DNA-pol的核酸外切酶活性和及時校讀作用A：DNA-pol的外切酶活性切除錯配堿基；并用其聚合活性摻入正確配對的底物。B：堿基配對正確，DNA-pol不表現活性。2、復制的保真性和堿基選擇?DNA聚合酶靠其大分子結構協調非共價（氫鍵）與共價（磷酸二酯鍵）鍵的有序形成。?嘌呤的化學結構能形成順式和反式構型，與相應的嘧啶形成氫鍵配對，嘌呤應處于反式構型。

1.遵守嚴格的堿基配對規律；2.聚合酶在復制延長時對堿基的選擇功能；3.復制出錯時DNA-pol的及時校讀功能。DNA復制的保真性至少要依賴三種機制

（四）復制中的分子解鏈及DNA分子拓撲學變化

DNA分子的堿基埋在雙螺旋內部，只有把DNA解成單鏈，它才能起模板作用。

1、解螺旋酶、引物酶和單鏈DNA結合蛋白E.Coli基因圖目錄解螺旋酶(helicase)——利用ATP供能，作用于氫鍵，使DNA雙鏈解開成為兩條單鏈引物酶(primase)——復制起始時催化生成RNA引物的酶單鏈DNA結合蛋白(singlestrandedDNAbindingprotein,SSB)——在復制中維持模板處于單鏈狀態并保護單鏈的完整

單鏈DNA結合蛋白（singlestrandbindingprotein,SSB）又稱螺旋反穩蛋白（HDP）。

這是一些能夠與單鏈DNA結合的蛋白質因子。其作用為：①使解開雙螺旋后的DNA單鏈能夠穩定存在，即穩定單鏈DNA，便于以其為模板復制子代DNA；②保護單鏈DNA，避免核酸酶的降解。

解螺旋酶（unwindingenzyme），又稱解鏈酶或rep蛋白，是用于解開DNA雙鏈的酶蛋白，每解開一對堿基，需消耗兩分子ATP。目前發現存在至少存在兩種解螺旋酶。引物酶本質上是一種依賴DNA的RNA聚合酶（DDRP），該酶以DNA為模板，聚合一段RNA短鏈引物(primer)，以提供自由的3'-OH，使子代DNA鏈能夠開始聚合。

108

局部解鏈后2、DNA拓撲異構酶(DNAtopoisomerase)

解鏈過程中正超螺旋的形成目錄拓撲異構酶作用特點既能水解、又能連接磷酸二酯鍵

拓撲異構酶Ⅰ

拓撲異構酶Ⅱ分類拓撲異構酶Ⅰ切斷DNA雙鏈中一股鏈，使DNA解鏈旋轉不致打結；適當時候封閉切口，DNA變為松弛狀態。反應不需ATP。拓撲異構酶Ⅱ切斷DNA分子兩股鏈，斷端通過切口旋轉使超螺旋松弛。利用ATP供能，連接斷端，DNA分子進入負超螺旋狀態。作用機制

（五）DNA連接酶連接DNA鏈3

-OH末端和相鄰DNA鏈5

-P末端，使二者生成磷酸二酯鍵，從而把兩段相鄰的DNA鏈連接成一條完整的鏈。DNA連接酶(DNAligase)作用方式HO5’3’3’5’DNA連接酶ATPADP5’3’5’3’DNA連接酶催化的條件是：①需一段DNA片段具有3'-OH，而另一段DNA片段具有5'-Pi基；②未封閉的缺口位于雙鏈DNA中，即其中有一條鏈是完整的；③需要消耗能量，在原核生物中由NAD+供能，在真核生物中由ATP供能。DNA連接酶在復制中起最后接合缺口的作用。在DNA修復、重組及剪接中也起縫合缺口作用。也是基因工程的重要工具酶之一。功能三、DNA復制的階段性（1）起始階段

1.辨認起始點，形成單鏈：

2.合成引發體：

3.合成引物：

（一）原核生物的DNA生物合成

DNA復制的階段性---起始、延長和終止

E.coli復制起始點oriCGATTNTTTATTT···GATCTNTTNTATT···GATCTCTTATTAG···

11317293244···TGTGGATTA-‖-TTATACACA-‖-TTTGGATAA-‖-TTATCCACA5866166174201209237245

串聯重復序列

反向重復序列5

3

5

3

a.DNA復制原點的識別：由DnaA蛋白和HU完成大腸桿菌復制原點的特點3個13個bp的串聯重復序列4個9個bp的反向重復序列富含A-T

DnaA

DnaB、DnaCDNA拓撲異構酶引物酶SSB3

5

3

5

b.引發體的形成和引物的合成含有解螺旋酶、DnaC蛋白、引物酶和DNA復制起始區域的復合結構稱為引發體。

3

5

3

5

引物是由引物酶催化合成的短鏈RNA分子。

引物3'HO5'引物酶復制的起始過程：由預引發和引發兩步構成預引發：

1．解旋酶解鏈，形成復制叉由拓撲異構酶和解鏈酶作用，使DNA的超螺旋及雙螺旋結構解開，堿基間氫鍵斷裂，形成兩條單鏈DNA。單鏈DNA結合蛋白（SSB）結合在兩條單鏈DNA上，形成復制叉。

DNA復制時，局部雙螺旋解開形成兩條單鏈，這種叉狀結構稱為復制叉。2．引發體組裝：由蛋白因子（如dnaB等）識別復制起始點，并與其他蛋白因子以及引物酶一起組裝形成引發體。

引發：在引物酶的催化下，以DNA為模板，合成一段短的RNA片段，從而獲得3'端自由羥基（3'-OH）。

2、復制的延長復制的延長指在DNA-pol催化下，dNTP以dNMP的方式逐個加入引物或延長中的子鏈上，其化學本質是磷酸二酯鍵的不斷生成。

復制聚合的化學反應

(dNMP)n

+

dNTP→(dNMP)n+1

+

PPi

目錄聚合子代DNA由DNA聚合酶催化，以3'→5'方向的親代DNA鏈為模板，從5'→3'方向聚合子代DNA鏈。在原核生物中，參與DNA復制延長的是DNA聚合酶Ⅲ；而在真核生物中，是DNA聚合酶α(延長隨從鏈)和δ（延長領頭鏈）。

引發體移動引發體向前移動，解開新的局部雙螺旋，形成新的復制叉，隨從鏈重新合成RNA引物，繼續進行鏈的延長。

5'

3'5'dATPdGTPdTTPdCTPdTTPdGTPdATPdCTPOH3'3'DNA-pol領頭鏈的合成隨從鏈的合成復制過程簡圖原核生物基因是環狀DNA，雙向復制的復制片段在復制的終止點(ter)處匯合。oriter

E.coli8232

ori

terSV405003、復制的終止5

5

5

RNA酶OHP5

DNA-polⅠdNTP5

5

PATPADP+Pi5

5

DNA連接酶

隨從鏈上不連續性片段的連接去除引物，填補缺口：在原核生物中，由DNA聚合酶Ⅰ來水解去除RNA引物，并由該酶催化延長引物缺口處的DNA，直到剩下最后一個磷酸酯鍵的缺口。而在真核生物中，RNA引物的去除，由一種特殊的核酸酶來水解，而岡崎片段仍由DNA聚合酶來延長。

連接岡崎片段：在DNA連接酶的催化下，形成最后一個磷酸酯鍵，將岡崎片段連接起來，形成完整的DNA長鏈。

（二）、真核DNA的復制合成

真核DNA的合成的基本過程類似于原核DNA，不同之處：

多復制起點

至少有五種聚合酶αβγδε

端粒的復制依賴于端粒酶（三）、生物細胞DNA復制的基本特點

復制是半保留的；

復制起始于細菌或病毒的特點位置，真核生物有多個原點；復制可以朝一個方向，也可以朝兩個方向進行，后者較常見；

復制時DNA兩條鏈都從5’端向3’端延伸；復制是半不連續的，前導鏈連續合成，滯后鏈形成岡崎片斷（不連續合成），再連接起來；岡崎片斷合成起始于小段RNA引物后被酶切除，缺口由脫氧核苷酸補滿后，再與新生DNA鏈連在一起；復制有多種機制。（四）、逆轉錄1、概念2、逆轉錄酶3、病毒逆轉錄過程4、逆轉錄的生物學意義擴充了中心法則有助于對病毒致癌機制的了解與真核細胞分裂和胚胎發育有關逆轉錄酶是分子生物學重要工具酶三種功能依賴DNA指導下的DNA聚合酶活力依賴RNA的DNA聚合酶活力核糖核酸酶H活力

以RNA為模板合成DNA，這與通常轉錄過程中遺傳信息從DNA到RNA的方向相反，故稱為逆轉錄作用。逆轉錄酶

AAAA

TTTTAAAASI核酸酶

DNA聚合酶Ⅰ堿水解

TTTT分子生物學研究可應用逆轉錄酶，作為獲取基因工程目的基因的重要方法之一，此法稱為cDNA法。

以mRNA為模板，經逆轉錄合成的與mRNA堿基序列互補的DNA鏈。

試管內合成cDNAcDNA

complementaryDNA(五）PCR(PolymeraseChainReaction)聚合酶鏈式反應（Mullis)PCR也稱體外酶促基因擴增，原理類似天然DNA復制。靶DNA分子變性后解鏈，兩條單鏈DNA分別與兩條引物互補結合，在4種dNTP存在和合適和條件下，由耐熱的TaqDNA聚合酶催化引物由5’－3’擴增延伸，形成兩條新的雙鏈DNA分子，并作為下一循環的模板。每經過一個變性、復性、延伸循環，模板DNA增加一倍。經過30～50個循環，可使原DNA量增加106～109倍。PCR的主要步驟：?模板DNA的變性：一般選用95℃左右1min，使DNA雙鏈解為單鏈；?

復性：按引物實際情況確定適當溫度，時間一般30s至1.5min；?

延伸：一般72℃1min；?

循環數：按初始模板濃度確定，一般25－45之間。

PCR技術原理示意圖

靶序列變性和引物復性循環1循環2循環3變性和引物復性鏈延伸Tag酶鏈延伸（六）、DNA損傷與修復遺傳物質的結構改變而引起的遺傳信息改變，均可稱為突變（Mutation)。在復制過程中發生的DNA突變稱為DNA損傷(DNAdamage)。一些物理化學因子如紫外線、電離輻射和化學誘變劑均可引起DNA損傷，破壞其結構與功能。然而在一定條件下，生物機體能使這種損傷得到修復。從分子水平來看，突變就是DNA分子上堿基的改變。

（1）突變的意義1、突變是進化、分化的分子基礎2、突變導致基因型改變3、突變導致死亡4、突變是某些疾病的發病基礎

（2）引發突變的因素物理因素紫外線(ultraviolet,UV)、各種輻射

UV化學因素（3）突變的分子改變類型錯配(mismatch)缺失(deletion)插入(insertion)重排(rearrangement)框移(frame-shift)

DNA分子上的堿基錯配稱點突變(pointmutation)。發生在同型堿基之間，即嘌呤代替另一嘌呤，或嘧啶代替另一嘧啶。1）轉換發生在異型堿基之間，即嘌呤變嘧啶或嘧啶變嘌呤。

2)顛換1、錯配鐮形紅細胞貧血病人Hb(HbS)β亞基N-val

·

his

·

leu

·

thr

·

pro·

val

·

glu

·

·

·

·

·

·

C肽鏈CACGTG基因正常成人Hb(HbA)β亞基N-val

·

his

·

leu

·

thr

·

pro·

glu

·

glu

·

·

·

·

·

·

C肽鏈CTCGAG基因2、缺失、插入導致的框移缺失：一個堿基或一段核苷酸鏈從DNA大分子上消失。插入：原來沒有的一個堿基或一段核苷酸鏈插入到DNA大分子中間。框移突變是指三聯體密碼的閱讀方式改變，造成蛋白質氨基酸排列順序發生改變。

缺失或插入都可導致框移突變

。谷酪蛋絲5’……GCA

GUA

CAU

GUC……丙纈組纈正常5’……GAG

UAC

AUG

UC……缺失C缺失引起框移突變3、重排DNA分子內較大片段的交換，稱為重組或重排。

由基因重排引起的兩種地中海貧血基因型（4）DNA損傷的修復修復(repairing)

是對已發生分子改變的補償措施，使其回復為原有的天然狀態。光修復(lightrepairing)切除修復(excisionrepairing)重組修復(recombinationrepairing)SOS修復

(SOSrepairing)修復的主要類型1、光復活（photoreactivation）可見光（最有效波長400nm）激活生物界廣泛分布（高等哺乳動物除外）的光復活酶，該酶分解嘧啶二聚體。是一種高度專一的修復形式，只分解由于UV照射而形成的嘧啶二聚體。2、切除修復（excisionrepair）即在一系列酶的作用下，將DNA分子中受損傷的部分切除掉，并以完整的那一段為模板，合成出切去的部分，從而使DNA恢復正常。這是一種比較普遍的修復機制。細胞的修復功能對于保護遺傳物質DNA不受破壞有重要意義。UvrAUvrBUvrCOHPDNA聚合酶ⅠOHP是細胞內最重要和有效的修復機制，主要由DNA-polⅠ和連接酶完成。包括切－補－切－封四個步驟。DNA連接酶ATPE.coli的切除修復機制

3、重組修復又稱復制后修復（postreplicationrepair）受損傷的DNA在進行復制時，跳過損傷部位，在子代DNA鏈與損傷相對應部位出現缺口。通過分子間重組，從完整的母鏈上將相應的堿基順序片段移至子鏈的缺口處，然后再用合成的多核苷酸來補上母鏈的空缺，此過程即重復修復。并非完全校正。重組修復至少需要4種酶組分：重組基因recA：編碼一種分子量為40000的蛋白質，它具有交換DNA鏈的活力，recA蛋白被認為在DNA重組和重組修復中均起關鍵作用。

recB、recC基因分別編碼核酸外切酶V的兩個亞基。此外，修復合成還需要DNA聚合酶和連接酶。4、SOS修復

指DNA受到嚴重損傷、細胞處于危急狀態時所誘導的一種DNA修復方式，修復結果只是能維持基因組的完整性，提高細胞的生成率，但留下的錯誤較多，導致較廣泛、長期的突變。

SOS反應誘導的修復系統包括避免差錯的修復（無差錯修復）和傾向差錯的修復。

避免差錯的修復：SOS反應能誘導光復活、切除修復和重組修復中某些關鍵酶和蛋白質的產生，從而加強光復活、切除修復和重組修復的能力，這屬于避免差錯的修復。

傾向差錯的修復：SOS反應還能誘導產生缺乏校對功能的DNA聚合酶，它能在DNA損傷部位進行復制而避免了死亡，可是卻帶來了高的突變率，這屬于傾向差錯的修復。第二部分RNA的生物合成本章重點與難點重點：掌握RNA生物合成方式、酶類及合成后加工，RNA合成后加工的意義，RNA合成的起始與終止、RNA的復制、核酶。難點：RNA合成的起始與終止；真核生物RNA轉錄后加工；核酶。一、轉錄(transcription)生物體以DNA為模板合成RNA的過程。

轉錄RNADNA

復制和轉錄的區別參與轉錄的物質原料:

NTP(ATP,UTP,GTP,CTP)模板:

DNA酶:

RNA聚合酶(RNApolymerase,RNA-pol)其他蛋白質因子（一）轉錄模板DNA上為一種或幾種蛋白質的全部氨基酸編碼的核苷酸順序稱為基因。DNA分子上編碼蛋白質的基因片段，稱為結構基因(structuralgene)。DNA上有重復基因、重疊基因和不連續基因。DNA上插入而不編碼的序列稱為內含子。被間隔的編碼蛋白質的基因部分稱為外顯子。5′···GCAGTACATGTC···3′3′···cgtgatgtacag···5′5′···GCAGUACAUGUC···3′N······Ala·Val·His·Val······C編碼鏈模板鏈mRNA蛋白質轉錄翻譯DNA雙鏈中按堿基配對規律能指導轉錄生成RNA的一股單鏈，稱為模板鏈(templatestrand)，也稱作反義鏈。相對的另一股單鏈是編碼鏈(codingstrand)，也稱為有意義鏈。5

3

3

5

模板鏈編碼鏈編碼鏈模板鏈結構基因轉錄方向轉錄方向不對稱轉錄(asymmetrictranscription)

在DNA分子雙鏈上某一區段，一股鏈用作模板指引轉錄，另一股鏈不轉錄，這種轉錄方式稱為不對稱轉錄；模板鏈并非永遠在同一條單鏈上。（二)RNA聚合酶（1）、大腸桿菌的RNA聚合酶

全酶由5種亞基α2ββ’

σ

組成，σ因子與其它部分的結合不是十分緊密，它易于與β’βα2分離，沒有σ、

亞基的酶稱為核心酶——只催化鏈的延長，對起始無作用。

核心酶(α2ββ

)起始因子全酶(αββ

)

α亞基：與啟動子結合功能。

β亞基：含催化部位，起催化形成磷酸二酯鍵。

亞基：在全酶中存在，功能不清楚。

β’亞基：與DNA模板結合功能。

σ亞基：識別起始位點。核心酶(coreenzyme)全酶(holoenzyme)

（2）介紹幾個基本概念轉錄單位一個轉錄事件從起始點到終止點的DNA區間。上游順序：轉錄起始點左邊的DNA順序。下游順序：轉錄起始點右邊的DNA順序。-10區和-35區：轉錄起始點是第一個核糖核苷酸摻入到RNA的位點，相應的DNA堿基對記為+1，從這一點開始下游的堿基記為正數，上游的堿基記為負數，那么-10區和-35區就是這樣記的，是大腸桿菌啟動子結合的部位，通常在不同的細菌中具有相似性。啟動子：被RNA聚合酶識別、結合并開始轉錄的模板DNA的部位，稱為啟動子(promoter)。Pribnow盒：大腸桿菌和其他相關細菌的絕大多數啟動子中，-10區的交感順序，具有5‘TATAAAT3’特征。開始轉錄TTGACAAACTGT-35區(Pribnowbox)TATAATPuATATTAPy-10區1-30-5010-10-40-205

3

3

5

原核生物啟動子保守序列RNA-pol辨認位點(recognitionsite)5

5

RNA聚合酶保護區結構基因3

3

RNA聚合酶全酶在轉錄起始區的結合2、真核生物的RNA聚合酶（三）模板上酶的辨認、結合原核生物一個轉錄區段可視為一個轉錄單位，稱為操縱子(operon)，包括若干個結構基因及其上游(upstream)的調控序列。

5

3

3

5

結構基因調控序列RNA-polTATA盒CAAT盒GC盒

增強子

順式作用元件

結構基因-GCGC---CAAT---TATA轉錄起始真核生物啟動子保守序列（四）原核生物的轉錄過程

起始、延伸、終止起始雙鏈DNA局部解開磷酸二酯鍵形成終止階段解鏈區到達基因終點延長階段5

3

RNA

啟動子（promoter)

終止子(terminator)5

RNA聚合酶

5

3

5

3

5

5

3

離開RNA鏈的延伸圖解3′3′RNA-DNA雜交螺旋聚合酶的移動方向新生RNA復鏈解鏈有義鏈模板鏈（反義鏈）延長部位1）轉錄起始轉錄起始需解決兩個問題：RNA聚合酶必須準確地結合在轉錄模板的起始區域。DNA雙鏈解開，使其中的一條鏈作為轉錄的模板。2.DNA雙鏈解開1.RNA聚合酶全酶(2)與模板結合

3.在RNA聚合酶作用下發生第一次聚合反應，形成轉錄起始復合物RNApol(

2

)-DNA-pppGpN-OH3

轉錄起始復合物:5

-pppG-OH+

NTP

5

-pppGpN

-OH3

+ppi轉錄起始過程2）轉錄延長1.

亞基脫落，RNA–pol聚合酶核心酶變構，與模板結合松弛，沿著DNA模板前移；

2.在核心酶作用下，NTP不斷聚合，RNA鏈不斷延長。(NMP)n

+

NTP

(NMP)n+1

+

PPi轉錄空泡(transcriptionbubble)：RNA-pol

（核心酶）

····DNA

····RNA5

3

DNA原核生物轉錄過程中的羽毛狀現象核糖體RNARNA聚合酶依賴Rho(ρ)因子的轉錄終止非依賴Rho因子的轉錄終止3）轉錄終止指RNA聚合酶在DNA模板上停頓下來不再前進，轉錄產物RNA鏈從轉錄復合物上脫落下來。分類ATP1.依賴

Rho因子的轉錄終止2.非依賴

Rho因子的轉錄終止DNA模板上靠近終止處，有些特殊的堿基序列，轉錄出RNA后，RNA產物形成特殊的結構來終止轉錄。5`UUGCAGCCUGACAAAUCAGGCUGAUGGCUGGUGACUUUUUAGUCACCAGCCUUUUU...3`5`UUGCAGCCUGACAAAUCAGGCUGAUGGCUGGUGACUUUUUAGUCACCAGCCUUUUU...3`

RNA5

TTGCAGCCTGACAAATCAGGCTGATGGCTGGTGACTTTTTAGTCACCAGCCTTTTT...3

DNAUUUU...…UUUU...…5`UUGCAGCCUGACAAAUCAGGCUGAUGGCUGGUGACUUUUUAGUCACCAGCCUUUUU...3`莖環(stem-loop)/發夾(hairpin)結構莖環結構使轉錄終止的機理

使RNA聚合酶變構，轉錄停頓；使轉錄復合物趨于解離，RNA產物釋放。5′pppG53

35RNA-pol二、轉錄產物的“加工”（成熟過程）

在細胞內，由RNA聚合酶合成的新RNA分子稱為原初轉錄物（primarytranscript），往往需要一系列的變化，包括鏈的裂解、5

和3

末端的切除和特殊結構的形成、核苷的修飾、以及拼接和編輯等過程，才轉變為成熟的RNA分子。此過程總稱為RNA的成熟或稱為RNA的轉錄后加工。

原核生物的mRNA轉錄后一般不需要加工，轉錄的同時即進行翻譯（半壽期短）。rRNA前體的轉錄后加工tRNA前體的加工真核mRNA前體的加工

幾種主要的修飾方式1.剪接(splicing)2.剪切(cleavage)3.

修飾(modification)4.

添加(addition)（一）真核生物mRNA的轉錄后加工5′“帽子”PolyA

3′

順反子(cistron)

m7G-5′ppp-N-3′pAAAAAAA-OH

5′端接上一個“帽子”(CAP)結構

3′端添加PolyA“尾巴”,由RNA末端核苷酸轉移酶催化

剪接：剪去內含子(intron)，拼接外顯子(extron)1）、帽子結構5pppGp…5GpppGp…pppG

ppi鳥苷酸轉移酶5

m7GpppGp…甲基轉移酶SAM帽子結構的生成5ppGp…磷酸酶Pi2）mRNA的剪接1.

hnRNA

和snRNA核內的初級mRNA稱為雜化核RNA(hetero-nuclearRNA,